电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备

分案说明

本申请属于申请日为2020年10月13日的中国发明专利申请202011091326.1的分案申请。

技术领域

本公开涉及电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备。

背景技术

电子扬声器设备已经发展为执行各种功能。这样的功能可以与对虚拟助手说出的语音命令有关，虚拟助手可以集成到电子扬声器设备中以检索信息、管理家庭自动化系统、播放媒体等。

当电子扬声器设备的形状因数减小时，从电子扬声器设备的电子设备产生的热量会导致热失控状态，从而损坏电子设备。为了管理从电子设备产生的热量，可以使用无源热控制系统。然而，关于防止热失控状态的同时保持减小的形状因数的有效且高效的无源热控制系统的设计和架构呈现出许多挑战。

发明内容

本文档描述了一种可以集成到电子扬声器设备中的无源热控制系统和关联电子扬声器设备。无源热控制系统使用将散热器和热界面材料(Thermal Interface Material：TIM)结合在一起的架构，以将热量从电子扬声器设备的发热电子设备传递到该电子扬声器设备的壳体部件。该壳体部件散发热量，以防止出现热失控状态。

在一些方面中，描述了一种电子扬声器设备。该电子扬声器设备包括：壳体部件，该壳体部件可以形成扁形壳的一部分；大体椭圆形的声波导；以及大体椭圆形的印刷电路板(PCB)。PCB包括片上系统(SoC)集成电路(IC)设备和存储器IC设备。电子扬声器设备还包括无源热控制系统，以将SoC IC设备和存储器IC设备产生的热量传递到壳体。无源热控制系统包括与PCB热接触的第一散热器、与SoC IC设备和存储器IC设备热接触的第二散热器以及沿声波导的周边的一部分可折叠的第三散热器。

在其他方面中，描述了一种用于无源地控制由安装到PCB的至少一个IC设备产生的热量的结构。该结构包括声波导，该声波导具有散热器，该散热器沿着该声波导的周边的一部分折叠，以使得该散热器的不同部分与该声波导的两个相反表面热接触。该结构还包括电磁干扰(EMI)屏蔽部，该屏蔽部附接到PCB并且围绕所述至少一个IC设备。该结构还包括第一TIM，该第一TIM(i)位于所述至少一个IC设备与散热器的第一部分之间；并且(ii)与所述至少一个IC设备和该散热器的第一部分热接触。该结构还包括第二TIM，该第二TIM(i)位于EMI屏蔽部与散热器的第二部分之间，并且(ii)与该EMI屏蔽部和该散热器的第二部分热接触。

在附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征和优点将是显而易见的。提供本发明内容以介绍在具体实施方式中进一步描述的主题。因此，读者不应认为该发明内容描述了基本特征，也不应认为该发明内容限制了所要求保护的主题的范围。

附图说明

下面描述用于电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备的一个或多个方面的细节。在图和附图的不同情况中使用相同的附图标记可以指示相似的元件。

图1示出了具有根据一个或多个方面的示例电子扬声器设备的示例操作环境的细节。

图2示出了根据一个或多个方面的电子扬声器设备的示例无源热控制系统的细节。

图3示出了用作电子扬声器设备的无源热控制系统的一部分的示例TIM的细节。

图4示出了散布热量并且将热量传递到电子扬声器设备的壳体部件的示例散热器的细节。

图5示出了用于将热量从安装在印刷电路板上的电子设备传递到声波导的示例结构的细节。

图6示出了可以是声波导的一部分的示例散热器的细节。

图7示出了可以是声波导的一部分的另一个示例散热器的细节。

具体实施方式

本文档描述了一种可以集成到电子扬声器设备中的无源热控制系统和关联电子扬声器设备。该无源热控制系统使用将散热器和热界面材料结合在一起的架构，以将热量从电子扬声器设备的发热电子设备传递到该电子扬声器设备的壳体部件。该壳体部件然后散发热量，以防止出现热失控状态。

通常，热传递是由于温度差而传输的能量。如果诸如电子扬声器设备的系统的设备之间存在一个或多个温度差，则热量(例如，以焦耳为单位的能量)将从较高的温度区域传递到较低的温度区域，以减小温度差。存在若干机制用于在系统的设备之间产生热传递以最小化温度差异，包括对流、辐射和传导。

由于分子在诸如气体和液体的流体中运动而来自表面的对流或热传递可以通过以下公式(1)进行量化：

q

对于公式(1)，q

通过电磁辐射而来自表面的辐射或热传递可以通过以下公式(2)进行量化：

对于公式(2)，q

通过原子和分子活动而通过固体的传导或热传递可以通过以下公式(3)进行量化：

对于公式(3)，q

在通过对流热传递机制、辐射热传递机制或传导热传递机制中的一个或多个而产生的从一个物理体到另一个物理体的热传递的情况下，这些物理体可以处于热接触中。在一些情况下，这可以包括主体之间或位于主体之间的材料(例如，TIM)之间的直接物理接触，从而使得能够在主体之间产生基于传导的热传递。在其他情况下，这可以包括在主体之间的空气间隙，该空气间隙使得能够在主体之间产生基于对流和/或基于辐射的热传递。

电子扬声器设备可以包括无源热控制系统，该无源热控制系统使用上述热传递机制中的一个或多个传递热量。通常，根据公式(1)和(2)，可以通过增加或减少电子扬声器设备内对流和/或辐射的表面积(例如，增加或减小散热器的表面积)来改变热传递的速率和/或数量。根据公式(3)并且在无源热控制系统内，还可以通过在表面之间引入具有高热导率的一种或多种TIM来改变热传递的速率和/或量。

通过传导、对流和/或辐射热传递机制，如上面的公式(1)-(3)所描述和量化的那样，无源热控制系统可以将源自于电子扬声器设备内的发热电子设备的热量传递至电子扬声器设备的壳体部件的内表面。然后，壳体部件的外表面可以通过对流和/或辐射将热量散发到外部环境，这有效地防止热失控状态。

尽管可以在许多不同的环境和设备中实施所描述的用于电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备的特征和概念，但是在以下示例的背景下描述了一些方面。

图1示出了示例操作环境100和具有无源热控制系统104的示例电子扬声器设备102的分解图。在一些情况下，电子扬声器设备102可以使用无线通信协议(例如，IEEE802.22(Wi-Fi))无线连接到无线局域网(WLAN)。通过电子扬声器设备102和/或WLAN可用的应用(例如，远程云计算应用或服务)可以支持各种功能，诸如流音频(例如，音乐、新闻、播客、体育)或与虚拟助手互动来执行任务(例如，搜索Internet、安排事件和警报、控制家庭自动化、控制物联网(IoT)设备)。

电子扬声器设备102包括若干元件，包括壳体部件106、声波导108和PCB110。壳体部件106可以形成扁球体的一部分，并且在一些情况下，包括大致平坦的基部。声波导108可以是大致平面的并且是大体椭圆形的。PCB 110可以是大致平面的并且是大体椭圆形的。

壳体部件106可以是穿孔的，并且包括音频波(例如，源自电子扬声器设备102的扬声器内部的音频波，或源自电子扬声器设备102的用户外部的音频波)可以通过其传播的开口。壳体部件106可以包括塑料材料，并且例如使用塑料注射成型技术形成。声波导108可以将音频波引导至麦克风，并且可以从电子扬声器设备102内的扬声器引导音频波。在一些情况下，声波导108可以包括塑料材料。

PCB 110可以例如使用玻璃纤维增强的环氧树脂材料(例如，FR4)形成。在一些情况下，PCB 110可以包括单层导电迹线并且可以是单层板。在其他情况下，PCB 110可以是多层板，其包括由电介质材料层隔开的多层导电迹线。

可以使用表面安装和/或贯通孔焊接技术将多个发热电子设备安装到PCB 110并且连接到导电迹线。安装到PCB 110的示例发热电子设备包括SoC IC设备、一个或多个存储器设备以及音频放大器电感器。在一些情况下，一个或多个存储器设备中的每一个都可以是双倍数据速率随机存取(DDR DRAM)存储器设备。多个发热电子设备可以进一步安装在PCB 110的两个相反表面上(例如，SoC IC设备和存储器IC设备可以安装到PCB 110的第一表面，而音频放大器电感器可以安装到PCB 110的第二相反表面)。在一些情况下，PCB 110还可包括围绕诸如SoC IC设备和IC存储器IC设备的发热电子设备的电磁干扰(EMI)屏蔽部。

通常，PCB 110(包括多个发热电子设备)可以被认为是电子扬声器设备102的电子子组件。在电子扬声器设备102操作时，多个发热电子设备可能会产生热量，热量如果不迅速散发，可能会损坏电子扬声器设备102。

这种损坏的情况——其被称为热失控状态——可能会对电子扬声器设备102造成破坏性影响，这例如包括例如PCB 110层离和/或电子扬声器设备102的设备(例如，SoC IC设备、存储器IC设备、音频放大器电感器、Wi-Fi设备、通信接口)的缩短的寿命。在一些情况下，电子扬声器设备102的操作温度可能超过规定的温度阈值，从而导致电子扬声器设备102简单地被关断(例如，热电偶或其他温度感测设备可以向电子扬声器设备102的处理器或温度控制单元提供反馈，并且导致热关断)。

为了防止热失控状态，电子扬声器设备102包括无源热控制系统104(例如，缺少诸如电动风扇、交换流体的电动泵等有源设备的热控制系统)。无源热控制系统104包括多个特征部，诸如第一散热器112(例如，与壳体部件106热接触的散热器)、第二散热器114(例如，与填充PCB 110的部件热接触的散热器)和第三散热器116(例如，与声波导108热接触的散热器)。无源热控制系统104还可以包括一个或多个TIM，其位于发热电子设备的表面与无源热控制系统104的其他元件之间，以提供导热路径、减小空气间隙并且减小热阻。组装技术可以集成电子扬声器设备102的无源热控制系统104的元件，以维持期望的形状因数并且提供期望的热性能(例如，在电子扬声器设备102操作时的期望的热响应或温度曲线)。

无源热控制系统104的元件，通过电子扬声器设备102内部的热传递机制(例如，传导、对流、辐射)的组合，可以将来自电子扬声器设备102的发热电子设备的内部热负荷118(例如，以W为单位的q

在一个示例情况下，当电子扬声器设备102在对应于高达5W的系统功率的内部热负荷118下操作时，无源热控制系统104可以防止热失控状态。在该第一示例情况下，周围操作环境100的温度(例如，环境温度)可以为约35℃，无源热控制系统104可以散布、传递和散发热量，以维持低于约65℃的第一温度曲线(例如，电子扬声器设备102的发热电子设备的第一温度曲线)。

在另一个示例情况下，当电子扬声器设备102在对应于高达7.5W的系统功率的另一内部热负荷118下操作时，无源热控制系统104可以防止热失控。在该第二示例情况下，操作环境100周围的温度(例如，环境温度)可以为约35℃，而无源热控制系统104可以散布、传递和散发热量，以维持低于约95℃的第二温度曲线(例如，电子扬声器设备102的发热电子设备的第二温度曲线)。

图2示出了被包括在图1的无源热控制系统104中的特征部的放大图200。放大图200包括第一散热器112、第二散热器114和第三散热器116。第三散热器116沿声波导(例如，图1的声波导108)的周边的一部分可折叠，并且以展开(例如，展平)的视图示出。

通常，各个散热器中的每一个都可以包括一种或多种具有高导热性质的材料。示例材料包括石墨片材料、铜箔材料等。

图3示出了可以用作无源热控制系统的一部分(例如，图1的无源热控制系统104)的示例TIM 302和壳体部件106的细节300。如图3所示，壳体部件106可以形成大体扁球形壳的一部分，并且在一些情况下可以关于中心轴线304大体对称。

如所示出的，无源热控制系统可以包括位于壳体部件106的平面区域306中(例如，位于与图1和图2的第一散热器112相对应的平面区域中)的TIM 302。通常，平面区域306正交于中心轴线304。在一些情况下，TIM 302的不同部分可以与安装到PCB的发热设备(例如，安装到图1的PCB110的音频放大器电感器)热接触。

TIM 302的一些示例包括导热凝胶或油脂材料、导热泡沫材料或导热垫。通常，使用TIM 302可以减小空气间隙和/或接合线间隙，同时在发热设备和壳体部件106之间提供热传导路径。

在一些情况下，电子扬声器设备(例如，图1的电子扬声器设备102)的元件可以在关于中心轴线304正交的一个或多个平面中靠近壳体部件106定位。例如，声波导和PCB(例如，图1的声波导108和PCB 110)可以在与中心轴线304正交的平行平面中靠近壳体部件106定位。

图4示出了示例散热器的细节400，该示例散热器散布热量并且将热量传递到壳体部件106。散热器可以包括第一散热器112和第二散热器114。

第一散热器112可以包括石墨材料和/或铜材料。第一散热器112可以固定到壳体部件106的内表面并且与之热接触。通常，第一散热器112的形状可以像具有外半径和内半径的环的一部分。另外，并且当固定到壳体部件106的内表面时，第一散热器112可以符合壳体部件106的内表面的曲率。第一散热器112可以散布热量(例如，来自图1的PCB 110的发热设备的热量)并且将热量传递到壳体部件106的内表面，以便最终通过壳体部件106的外表面散发。

第二散热器114可以包括石墨材料和/或铜材料。第二散热器114可以与可以安装到PCB(例如，图1的PCB 110)的一个或多个IC设备热接触。第二散热器114也可以与壳体部件106的内表面热接触。

第二散热器114包括第一部分402，该第一部分402横贯IC设备的表面轮廓并且与IC设备的表面热接触。通常，第一部分402的形状可以像具有外半径和内半径的环的一部分。当将第一部分402固定到壳体部件106的内表面时，该第一部分402可以符合壳体部件106的内表面的曲率。在一些情况下，TIM可以位于第一部分402和IC设备之间以增强热导率。在一些情况下，第一部分402可以包括附接到第一部分402的表面的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜材料。

第二散热器114还包括与壳体部件106的内表面热接触的第二部分404。第二部分404通常可以是矩形形状。第二散热器114可以将热量从IC设备散布并且传递到壳体部件106的内表面，以便最终散发到周围环境。在一些情况下，第二部分404可以包括附接到第二部分404的表面的铝箔材料。

图5示出了用于将热量从安装在印刷电路板上的电子设备传递到声波导的示例结构的细节500。该示例结构可以包括图2的PCB 110、图1的声波导108、图2的第二散热器114、图2的第三散热器116以及EMI屏蔽部(例如，EMI屏蔽部502)。

如图5的顶视图中所示，EMI屏蔽部502附接到PCB 110(例如，用环氧树脂胶合到PCB 110)。此外，EMI屏蔽部502具有围绕至少一个安装到PCB 110的IC设备(例如，隐藏并在第二散热器114“之下”的SoC IC设备504以及一个或多个存储器IC设备506)的内部周边。通常，EMI屏蔽部502吸收SoC IC设备504以及(一个或多个)存储器IC设备506附近的电磁干扰。

可以用于制造EMI屏蔽部502的材料的示例包括铝材料、铜材料、镍材料和不锈钢。在一些情况下，对用于制造EMI屏蔽部502的材料的选择可以考量该材料的热导率性质。

图5的底视图包括截面视图A-A。截面视图A-A示出了在与EMI屏蔽部502相对应的区域中的结构的截面。截面视图A-A还结合了声波导108的一部分(在顶视图中未示出)。声波导108的底表面包括第三散热器116的部分。第三散热器116可以包括石墨材料和/或铜材料。

如截面视图A-A所示，该结构包括PCB 110、安装到PCB 110的IC设备(例如SoC IC设备504)和EMI屏蔽502(例如，EMI屏蔽部502的内部周边)围绕SoC IC设备504。此外，如截面视图A-A所示，第一TIM(例如TIM 508)位于SoC IC设备504与第三散热器116的一部分之间。第二TIM(例如TIM 510)位于EMI屏蔽部502与第三散热器116的另一部分之间。

在图5的场境中，第一TIM 508或第二TIM 510可以包括导热泡沫材料、导热凝胶材料或导热油脂材料的组合。作为示例，在一种情况下，第一TIM 508可以包括导热油脂材料或导热凝胶材料，而第二TIM 510可以包括导热泡沫材料。作为另一个示例，第一TIM 508可以包括导热油脂材料或导热凝胶材料，而第二TIM 510可以包括导热泡沫材料。

在组装图5的结构时，TIM的不同组合是可能的。在一些情况下，图5的结构也可以包括压敏粘合剂(PSA)。例如，如果第一TIM 508包括导热泡沫材料，则PSA可以覆盖第一TIM508的外表面。

在一些情况下，并且也如图5所示，PCB 110可以是双面PCB，其在两个相反表面上填充有发热设备。例如，当将SoC IC设备504安装到PCB 110的第一表面512时，可以将一个或多个音频放大器电感器514安装到与第一表面512相反的第二表面516。TIM的一部分(例如，图3的TIM 302的一部分)可以位于PCB 110的第二表面516上的设备(例如，一个或多个音频放大器电感器514)与另一表面(例如，图2的第一散热器112的表面)上的设备之间。

此外，图5示出了声波导108相对于PCB 110的可能布置。例如，如所示出的，SoC IC设备504所填充的第一表面512面对声波导108。

图6示出了示例散热器的细节600，该散热器可以是声波导108的一部分。散热器可以是图2的第三散热器116。

如图6所示，声波导108被组装到壳体部件106中。第三散热器116可以包括沿着声波导的周边的一部分可折叠的石墨材料和/或铜材料。第三散热器116包括第一部分602、第二部分604和第三部分606。在各方面中，第一部分602和第二部分604各自连接至第三部分606，并且第一部分602不连接至第二部分604。此外，将第一部分602连接到第三部分606的第一柔性区域可以靠近将第二部分604连接到第三部分606的第二柔性区域。然而，第一部分602以及第二部分604可以定位在围绕第三部分606的周边的任何合适的位置。

将第三散热器116折叠并附接至声波导108可以包括：围绕不同的轴线折叠第三散热器116的不同部分(例如，第一部分602、第二部分604)，并且将折叠部分和未折叠部分附接至声波导108的两个相反表面。作为示例，第一部分602可以围绕第一折叠轴线608折叠，而第二部分604可以围绕第二折叠轴线610折叠。继续，将第一部分602(例如，折叠的)和第二部分604(例如，折叠的)附接到声波导108的一个表面，而第三部分606(例如，未折叠的)附接到声波导108的相反的表面。第一部分602围绕第一折叠轴线608的折叠以及第二部分604围绕第二折叠轴线610的折叠实现了第三散热器116围绕声波导108的周边的一部分614的折叠。第一部分602、第二部分604和第三部分606各自的形状可以包括多个半径和/或孔，以避免干扰可能存在于与声波导108的表面附接的区域中的特征部。

将第三散热器116的部分(例如，第一部分602、第二部分604、第三部分606)附接到声波导108可以包括使用环氧树脂材料、PSA材料等。在附接之后，第一部分602和第二部分604共享重叠区域616。

通常，图6的第三散热器116的示例可以被称为“双翼部”配置。图6的双翼部配置提供了声波导108的大致圆形形状，从而减少了声波导108的工具设置和制造成本。在这种情况下，与声波导108的其他潜在形状相比(例如，声波导108的其他形状可以包括截断半径或正方形边缘)，声波导108的圆形形状也增加了声波导108的可用表面积。可用表面积的这种增加改进了附接到声波导108的第三散热器116的热传递性能(传导、对流、辐射)。

图6的第三散热器116还可以包括诸如一个或多个翼部(例如，以虚线示出的翼部612)的特征部，其延伸到声波导108的周边之外并且与壳体部件106的内表面热接触。在一些情况下，将第三散热器116制造成为包括选择性材料可以调整第三散热器116的热传递性能(例如，将第三散热器116制造成为包括高辐射率(ε)性质的材料可以改进第三散热器116的热辐射性能)。

通过前述元件的这种组合，图6的第三散热器116可以将由IC设备(例如，图5的SoCIC设备504和(一个或多个)存储器IC设备506)产生的热量散布并传递到壳体部件106，以便最终散发(例如，通过对流散发)到电子扬声器设备102的外部。热量的散发将防止电子扬声器设备102的发热电子设备的热失控。

图7示出了可以是声波导108的一部分的另一示例散热器的细节700。该散热器可以是图2的第三散热器116。

如图7所示，声波导108被组装到壳体部件106中。第三散热器116可以包括可折叠的石墨材料和/或铜材料。第三散热器116可以包括第一部分702和第二部分704。

在图7的场境中，将第三散热器116附接到声波导108可以包括将第三散热器116的部分围绕轴线折叠，并且将第三散热器116的不同部分附接到声波导108的两个相反表面。作为示例，第一部分702可以围绕折叠轴线706折叠。围绕折叠轴线706折叠第三散热器116实现了围绕声波导108的周边的一部分708的折叠第三散热器116。

继续，第一部分702可以附接到声波导108的表面，而第二部分704可以附接到声波导108的相反的表面。将第三散热器116的部分(例如，第一部分702和第二部分704)附接到声波导108可以包括使用环氧树脂材料、PSA材料等。第一部分702和第二部分704各自的形状可以包括多个半径和/或孔，以避免干扰与可能存在于与声波导108的表面附接的区域中的特征部。

通常，图7的第三散热器116的示例可以被称为“单翼部”配置(例如，围绕折叠轴线706折叠的单翼部)。相对于声波导108的成本和/或性能考虑因素而言，在期望第三散热器116的成本降低的情况下，图7的单翼部构造可能是期望的。

图7的第三散热器116还可以包括诸如一个或多个翼部(例如，以虚线示出的翼部710)的特征部，其延伸到声波导108的周边之外并且与壳体部件106的内表面热接触，以改进从声波导108到壳体部件106的内表面的热传递。可以根据第三散热器116的材料对第三散热器116进行调整，以改进辐射(例如，可以选择具有高辐射率(ε)性质的材料)。

通过上述元件的这种组合，第三散热器116将由IC设备(例如，图5的SoC IC设备504和(一个或多个)存储器IC设备506)产生的热量散布并传递到壳体部件106以便最终散发。热量的散发可以有助于防止热失控状态。

尽管描述了电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备使用的技术和装置，但是应该理解，所附权利要求的主题不必限于所描述的特定特征或方法。而是，作为可以实施电子扬声器设备的无源热控制系统和关联电子扬声器设备的示例方式公开了特定的特征和方法。